نحوه ساخت فلزات و آهن هاو … و انواع آلیاژ های آنها

نحوه ساخت فلزات و آهن هاو … و انواع آلیاژ های آنها

اسلاید 1: به نام خداوند مهربانساخت فلزات و استخراج ان و انواع الیاز ها

اسلاید 2: ساخت و استخراج فلزاتدید کلیفلزات از کانه‌های مربوط استخراج می‌شوند. پس باید ابتدا کانه مربوط به هر فلز را شناسایی و سپس از معادن استخراج کنیم و پس از آن با انجام یک سری فعالیتهای شیمیایی و فیزیکی فلز مورد نظر را به حالت عنصری از سنگ معدن یا کانه آن بدست آوریم. در این مقاله این مراحل را به اجمال بررسی می‌کنیم. وجود طبیعی فلزاتکانه جسمی است که در طبیعت یافت می‌شود و می‌توان از آن یک یا چند فلز را آنچنان که مقرون به صرفه باشد استخراج کرد. معدودی از فلزاتی که واکنش پذیری آنها کم است به شکل عنصری خود در طبیعت یافت می‌شوند و برای چند تا از آنها کانه خالص طبیعی مهمترین منبع فلز را تشکیل می‌دهد. بیشترین تناژ فلزات از اکسیدها - خواه کانه‌های اکسیدی ، خواه اکسیدهای فلزی که از برشته کردن کانه‌های کربنات یا سولفید تولید می‌شوند، بدست می‌آیند. کانه‌های سیلیکات در طبیعت فراوانند. ولی استخراج فلزات از سیلیکاتها مشکل است و هزینه‌های چنین فرآیندهایی مانع از انجام کار می‌شود. در نتیجه فقط فلزات کمتر متداول بطور صنعتی از کانه‌های سیلیکات بدست می‌آیند. کانیهای فسفات بطور کلی نادرند و در غلظتهای کم یافت می‌شوند. تعدادی از فلزات بصورت ناخالص در کانه‌های خالص طبیعی دیگر یافت می‌شوند، بطوری که هر دو فلز از یک عمل صنعتی بدست می‌آیند. برای مثال ، فلز کادمیم به عنوان محصول فرعی در تولید روی بدست می‌آید. کانه‌ها به هنگام استخراج عموما مقادیر متغیری مواد نامطلوب (مثل سیلیس ، خاک رس و گرانیت) که هرزه سنگ نامیده می‌شوند، به همراه دارند. غلظت فلز مورد نظر باید به اندازه کافی بالا باشد تا استخراج آن از نظر شیمیایی امکانپذیر و از نظر اقتصادی قابل رقابت باشد. بر روی کانه‌های دارای غلظت پایین از فلز در صورتی کار می‌شود که بتوان آنها را بوسیله فرآیندهایی به نسبت آسان و ارزان قابل استفاده نمود، یا این که محصول فلز نایاب و پرارزش باشد. غلظت لازم از یک فلز به فلز دیگر تغییر زیادی دارد. برای آلومینیوم یا آهن این غلظت باید 30% یا بیشتر و برای مس ممکن است 1% یا کمتر باشد. متالوژی ، عملیات مقدماتی بر روی کانه‌هامتالوژی ، علم استخراج فلزات از کانه‌های آنها و آماده سازی آنها برای مصرف است. فرآیندهای متالوژی را می‌توان براحتی به سه نوع عملیات اصلی تقسیم کرد: عملیات مقدماتی: که در آن جز مورد نظر در کانی تغلیظ و ناخالصیهای معین جدا می‌شود و یا کانی برای عملیات بعدی به شکل مناسبی در می‌آید. کاهش: در این مرحله ، ترکیب فلز به فلز آزاد کاهیده می‌شود. پالایش: در این مرحله ، فلز تخلیص و در مواردی اجسامی به آن اضافه می‌شوند تا خواص مورد نظر محصول نهایی بدهند.عملیات مقدماتیبهره برداری از بسیاری از کانه‌ها مستلزم آن است که در نخستین مرحله ، قسمت عمده هرزه سنگ از آنها زدوده شود. چنین روشهای تغلیظی که معمولا بر روی کانه‌های خرد و ساییده شده انجام می‌گیرند ممکن است بر اساس خواص فیزیکی یا شیمیایی باشند. جداسازی فیزیکیاین جداسازی بر اساس اختلاف بین خواص فیزیکی کانی و هرزه سنگ قرار دارد. مثلا از طریق شستشو با آب ، اغلب می‌توان ذرات ناخالصیهای خاکی را از ذرات سنیگنتر کانی جدا کرد. این جداسازی را می‌توان به وسیله تکان دادن کانه خرد شده در جریانی از آب بر روی یک سطح شیب‌دار انجام داد. ذرات سنگینتر کانی ، ته‌نشین شده جمع‌آوری می‌شوند. شناورسازییک روش تغلیظ است که در مورد بسیاری از کانه‌ها بویژه کانه‌های مس ، سرب و روی بکار می‌رود. کانه کاملا نرم را با یک روغن مناسب و آب در شبکه‌های بزرگ مخلوط می‌کنند. ذرات کانی بوسیله روغن چرب می‌شوند، در حالی که ذرات هرزه سنگ بوسیله آب مرطوب می‌شوند. بهم زدن این مخلوط بوسیله هوا کفی ایجاد می‌کند که دارای روغن و ذرات کانی است. این کف بر روی آب شنار می‌شود که آن را جدا می‌کند. ملغمهجیوه ، نقره و طلا را در خود حل می‌کند و مغلمه می‌دهد. از این رو ، کانه‌های نقره و طلای طبیعی را با جیوه مجاور می‌کنند و مغلمه حاصل را که مایع است، جمع آوری و پس از تقطیر جیوه ، نقره یا طلای آزاد را بازیابی می‌کنند. کاهشتا بحال بالاترین مقدار فلزات و همچنین بیشترین تعداد آنها بوسیله عملیات ذوب کاری یعنی فرآیندهای کاهش در دمای بالا که فلز معمولا به حالت مذاب بدست می‌آید ، تولید شده‌اند. در بیشتر این فرآیندها یک گدازآور (مانند سنگ آهن CaCO3) بکار برده می‌شود تا هرزه سنگی را که پس از تغلیظ کانه باقی می‌ماند، جدا کند. این گدازآور با سیلیس و ناخالصیهای سیلیکات تشکیل سرباره می‌دهد. واکنشهای ساده شده سنگ آهک و سیلیس به قرار زیرند: (CaCO3(s) → CaO(s)+CO2(g (CaO(s)+SiO2(s) → CaSiO3(l

اسلاید 3: ادامه مطلبسرباره که در دمای ذوب کاری بصورت مایع است، عموما بر روی فلز مذاب شناور می‌شود و به سهولت از آن جدا می‌گردد. عامل کاهنده‌ای را که برای یک عمل ذوب کاری معین بکار می‌برند، از ارزانترین ماده‌ای انتخاب می‌کنند که بتواند محصول با درجه خلوص لازم بدهد. برای کانه‌های فلزاتی که واکنش پذیری شیمیایی آنها کم است، برای مثال کانه‌های سولفید جیوه ، مس و سرب ، هیچ عامل شیمیایی لازم نیست. جیوه از برشته کردن شنگرف (HgS) در هوا تولید می‌شود: (HgS(s)+O2(g) → Hg(g)+SO2(g بخار جیوه را در جمع کننده متراکم می‌کنند و احتیاجی به تخلیص بیشتر نیست. روشهای دیگری نیز برای کاهش وجود دارد. مثلا کوره بلند آهن. پالایشاکثر فلزاتی که ازعملیات کاهش بدست می‌آیند، به پالایش احتیاج دارند تا از ناخالصیهای مزاحم و نامطلوب پاک شوند. فرآیندهای پالایش از فلزی به فلز دیگر بطور وسیعی تغییر می‌کنند و برای یک فلز معین روشی که بکار می‌رود، ممکن است با مورد مصرف محصول نهایی فرق کند. همراه با حذف موادی که به فلز نامطلوب می‌دهند، مرحله پالایش ممکن است شامل افزایش اجسامی باشد که به محصول ویژگیهای خالص می‌بخشند. پاره‌ای از فرآیندهای پالایش برای بازیابی ناخالصیهای فلزی پرارزش مانند طلا ، نقره و پلاتین طرح‌ریزی شده‌اند. گداز جزئیقلع ، سرب و بیسموت ناخالص بوسیله گداز خالص می‌شوند. شمشهای فلز ناخالص را در بالای یک کوره سراشیب که دمای آن اندکی بالاتر از نقطه ذوب فلز است قرار می‌دهند. این فلز ذوب شده و به سمت پایین این کوره سراشیب به درون چاله‌ای جریان پیدا می‌کند و ناخالصیهای جامد پشت سر هم باقی می‌مانند. تقطیربعضی از فلزات مانند روی و جیوه که نقطه جوش آنها پایین است بوسیله تقطیر خالص می‌شوند. فرانید پارکزبرای پالایش سرب بکار می‌روند که همچنین یک روش تغلیظ برای نقره است، بر انحلال گزینشی نقره در روی مذاب تکیه دارد. مقدار کمی روی ، 1 تا 2 درصد به سرب مذاب که دارای نقره به عنوان ناخالص است، اضافه می‌کنند. نقره در روی خیلی بیشتر انحلال پذیر است تا در سرب. سرب و روی در یکدیگر انحلال ناپذیرند. از اینرو قسمت عمده نقره در فلز روی جمع می‌شود که بالای سرب مذاب قرار می‌گیرد. در اثر سرد کردن ، نخست لایه رویی منجمد می‌شود که آن را جدا می‌کنند. نقره را بوسیله ذوب مجدد لایه روی و تقطیر روی بدست می‌آورند. روی بازیابی شده را از نو بکار می‌برند. فرآیند وان آرکلاین فرآیند بر اساس تجزیه گرمایی یک ترکیب فلز قرار دارد. این روش که برای تخلیص تیتانیوم ، هافنیم و زیرکونیوم بکار می‌رود ، شامل تجزیه یدید فلز بر روی یک رشته فلزی داغ است. برای مثال ، زیرکونیوم تترایدید گازی در اثر تماس با یک رشته فلزی داغ ، تجزیه شده و فلز خالص زیرکونیوم بر روی این رشته می‌نشیند. (ZrI4(g) → Zr(s)+2I2(G ید آزاد شده با مقدار دیگری از زیرکونیوم ترکیب می‌شود، این فرآیند بسیار گران است و برای تهیه مقادیر محدود فلزات بسیار خالص برای مصارف ویژه بکار می‌رود. پالایش منطقه‌ایفرآیند دیگری که بوسیله آن می‌توان فلزاتی با درجه خلوص خیلی بالا تولید کرد، پالایش منطقه‌ای است. یک گرمکن مدور را در اطراف میله‌ای از یک فلز ناخالص مثل ژرمانیوم قرار می‌دهند. این گرمکن که به آهستگی به سمت انتهای دیگر میله حرکت داده می‌شود، نواری از فلز را ذوب می‌کند. به تدریج تا این گرمکن حرکت می‌کند، فلز خالص از این مذاب مجددا متبلور شده و ناخالصیها همراه منطقه مذاب به سمت انتهای دیگر میله به اصطلاح جارو می‌شوند، که بعدا آن را دور می‌اندازند. این گرمکن را ممکن است بیش از یک بار از روی همان میله عبور دهند. روشهای دیگری نیز برای پالایش وجود دارد.

اسلاید 4: کاربرد فلز برنج:فلز برنجفلز برنج تشکیل شده از یک سری آلیاژ مس و حداکثر ۴۰% روی در آن به کار برده شده است. با تغییر دادن مقدار روی، خواص آلیاژ Cu-Zn نیز تغییر می‌یابد. در فلز برنج‌های مس و روی گاهی عناصر اضافی مانند سیلیسیوم، قلع، منگنز، آلومینیوم، نیکل و سرب کاربرد دارند که عنوان آن ها برنج‌های آلیاژی نامیده می‌شود. برای بهبود بخشیدن به خواص برنج خالص حدود ۴ درصد عناصر آلیاژی بیشتر می شود.و به همین دلیل می توانند در موارد دیگری به کار برده شوند.ترکیب مس و قلع برنج برنز را به وجود می آورند.فلز برنج برای ریخته گری کاربرد دارد. دسته بندی کردن آلیاژهای مس:آلیاژهای مس ترکیب دو دسته آلیاژ های ریختگی و کارپذیر هستند که می توانند با توجه به شرایط ترکیبی و عناصر آلیاژی حرارت پذیر و حرارت ناپذیر باشند.پس برنج های کارپذیر متشکل از مس وروی هستند.برنج های مخصوص:اگر بخواهیم آلیاژ برنج را به مخصوص تبدیل کنیم کافی است عناصر دیگری بیفزاییم که خواص مکانیکی برنج را افزایش دهد.کاربرد مس و رویفلز برنج متشکل از مس و روی می باشد که هر چقدر درصد کاربرد روی نسبت به مس بیشتر باشد آلیاژ برنج مستحکمی تولید می شود و از رنگ قرمز به زرد کم رنگ متمایل می شود.ساختمان تک فازی کریستال های محلول جامد تعریفی از روی و مس است که روی می تواند تا ۳۲% در دمای عادی محیط به طور تک فاز آلفا در مس باشد که به برنج آلفا معروف است.آلیاژ برنج آلفا که تجارتی هستند و ۳۶% هم روی در آن کاربرد دارد معمولا به دو گروه تقسیم می شوند.همانطور که گفتیم هر چقدر درصد روی در ترکیب بیشتر باشد رنگ برنج به زرد متمایل تر است پس برنج آلفا زرد ۲۰ الی ۳۶ درصد روی دارد و برنج آلفا قرمز حاوی ۵ الی ۲۰% روی است.

اسلاید 5: ادامه مطلبدو روش در تهیه ی آلیاژ های برنج مورد کاربرد قرار می گیرد:ترکیب از مس و روی می باشد فقط کافی است در این روش تهیه مس را به طور پوششی ذوب نمود و بعد روی را در چندین مرحله به مذاب مس اضافه می کنیم. ۲. دومین روش به این صورت است مس را تحت پوششی ذوب نموده و دمای آن را پایین آورده و روی را در چند مرحله به آن اضافه می کنیم به خاطر این که این دو فلز وزن و نقطه ی ذوب متفاوتی دارند و به طور کامل باید با هم به وسیله دستگاه مناسبی مخلوط شوند و بعد ذوب ریزی شود، با توجه به این دو نوع کاربرد می توان دریافت که دامنه ی انجماد کوتاهی دارند.ویژگی‌های مهم آلیاژ برنجاز فلز برنج به خاطر خاص بودن و رنگی که دارد کاربرد‌های مختلفی می توان داشت از جمله:فلز برنج به خاطر رنگ تقریباً طلایی رنگش در دکوراسیون ساختمان سازی کاربرد دارد.در مغزی قفل ها به خاطر اصطکاک کم استفاده می شود.حتی در سازهای موسیقی به علت خواص آکوستیکی همانند ساز هورنرنگ برنج زرد است که متشابه به رنگ طلا ست.اکسایش در فلز برنج دیرترصورت می گیرد و در برابر کدر شدن و لکه دار شدن از خود مقاومت نشان می دهد. تولید آلیاژ برنج حتی به قبل تاریخ بر می گردد. در آن زمان ها فلز روی ناشناخته بود اما انسان ها با ذوب کردن مس به همراه کالامین نوعی سنگ معدن که فلز روی است برنج را تهیه می کردند.معمولا آلیاژ برنج دمای ذوب آن حدودا بین ۹۰۰ تا ۹۴۰ درجه سانتی گراد می باشد. البته ناگفته نماند که با تغییر نسبت روی و مس در سختی و نرمی برنج تاثیر مستقیمی می گذارد.از دیگر کاربردهای آلیاژ برنج درتولید انواع محصولاتی چون دستگیره در و فلزات رایجی که در بیمارستان ها مورد استفاده قرار می گیرد،برنج قابل بازیافت است چون خاصیت مغناطیسی پایینی دارد و به راحتی از فلزاتی که با آن مخلوط شده جدا می شود.کاربرد آلیاژ برنج در پزشکی آلیاژ برنج از دیرباز در طب سنتی مورد توجه قرار گرفته بود و مورد تایید و محبوبیت طب سنتی بوده که اکثرا به از فلز برنج در تهیه و تولید سماور،کتری،قاشق و قوری استفاده می شد. در آلیاژ برنج فلز روی به کار رفته با آلیاژ روئی متفاوت است فلز روی بیشتر به زینک معروف است و امروزه در طب برای نیازهای بدن از زینک استفاده می کنند و کمبود این ویتامین در بدن باعث بروز مشکلات پوستی و گوارشی می شود که توسط قرص های مکمل مثل قرص زینک جهت درمان برای بیماران تجویز این می شود اما مثل قرص های شیمیایی دیگر عوارض جانبی خواهد داشت.کاربرد فلز برنجکاربرد فلز برنج

اسلاید 6: ادامه مطلبخب همانطور که بدن به زینک نیاز دارد در کنارش به فلز مس نیازمند است که در طب سنتی از ظروف برنج مانند کتری،قاشق،سماور،قوری و دیگر ظروف آشپزخانه استفاده می شود که افراد با تهیه غذای روزمره از این ویتامین بهره مند شوند.که در حال حاضر نیز بهترین رستوران های جهان از این ظروف مسی برای تهیه غذای خود استفاده می کنند. ساختارهای بلوری برنجبزرگترین وجهی که انواع مختلف برنج را از هم متمایز می کند ساختار بلوری که در آن هاست و این تفاوت هم به خاطر وجود ساختار اتمی روی و مس که دو عنصر تشکیل دهنده برنج هستند این دو عنصر با درجه حرارت متفاوت و نسبت محتوا ترکیب می شوند.نماد اختصاری مس cu و نماد اختصاری روی با zn نمایش داده می شود.

اسلاید 7: کاربرد مسمس فلزی قابل انعطاف و چکش خوار است که کاربردهای زیادی در موار زیر دارد:سیم های مسیلوله های مسیدستگیره های درب و سایر وسایل منزلمجسمه سازی. مثلا مجسمه آزادی شامل 179000 پوند مس می باشد.آهنرباهای الکتریکی.موتورها، بخصوص موتورهای الکترومغناطیسی.موتور بخار وات.کلیدها و تقویت کننده های الکتریکی.لامپهای خلاء ، لامپهای پرتوی کاتدی ومگنترونهای اجاقهای مایکرو ویو.هدایت کننده موج برای تشعشع مایکروویو.به علت خاصیت هدایت بهتر آن نسبت به آلومینیوم، کاربرد مس در IC ها به جای آلومینیوم رو به افزایش است.بعنوان جزئی از سکه ها.در وسایل آشپزی، از جمله ماهی تابه .بیشتر سرویسهای قاشق چنگال ( flatware) قاشقها،چنگالها و چاقوهادارای مقادیری مس هستند(نقره نیکلی).اگر نقره استرلینگ در ظروف غذاخوری بکار رفته باشد ،حتماباید دارای درصد کمی مس باشد.بعنوان بخشی از لعاب سرامیکی و در رنگ آمیزی شیشه .وسایل موسیقی ،بخصوص سازهای بادی.بعنوان یک بیواستاتیک در بیمارستانها وپوشاندن قسمتهای مختلف کشتی برای حفاظت در برابر بارناکلها و ماسلها.ترکیباتی مانند محلول فلینگ که در شیمی کاربرد دارد.سولفات مس که بعنوان سم و تصفیه کننده آب کاربرد دارد.